石油测井车井上监测系统的设计与实现.pdf

石油天然气 学报2 0 1 2 年 6 月第 3 4 卷第 6 期 J o u r n a l o f Oi l a n d Ga s Te c h n o l o g y J u n ． 2 0 1 2 Vo 1 ． 3 4 N o ． 6 石油测 井车 井上监测 系统 的设计与 实现 丁 伟 南阳 理工 学院计算机科学与技术系， 河 南南阳4 7 3 0 0 4 [ 摘要]油井 的综合测试施工作业安全在石油产业 中 占据举足轻 重的地位 ，而钢 丝绳在其 中起 到非 常重要 的作用。石油测井车井上 监测系统的设计与实 现是 一种 能在线 实时测量 钢丝绳 的拉力 并进行状 态分析 的 测量 装置，它是在 测井过程 中测量测井仪器在 油井 中运 动 的速 度、深度 以及对 下井 电缆 的张 力进 行监 测 和控 制的一种系统。该 系统的完成，不仅 可以实现 对石 油开采 等各种设 备工 况 的实 时监 测，还可 为现 场 作业提供 准确的分 析数据；它创 新地 将 L a b VI E W 虚 拟软 件系统、面向对象技术 和数据采 集系统等先进 技 术应用到该系统 中去，对整 个系 统的程 序块进 行设 计、优 化及 完善 ，打破 了国 内传 统单 一编 程 的缺 陷。 该 系统具 有极 强的可扩展性，可被广 泛应用于其他 任何 相关测试 系统 中去。 [ 关键词]石油测井车 ；虚拟仪器 ；面 向对象 的设计 ；数据采集 [ 中图分类号]P 6 3 1 ． 8 4 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 2 0 6 0 1 0 9 0 4 目前 ，随着 我 国石油 行业 开采 水平 的提 高 ，石 油测 井车在 钻井 机 、修井 机 、采油 车等 石油 机械 上得 到更加广泛的应用。测井车钢丝绳作为其主要传动部件 ，特别是在复杂恶劣的工况下 ，它在测井车上能 否安全稳定 的运行显得尤为重要 。但 目前石油测井车的设计中，存在地面采集数据工作任务单一，工作 量大 、计算精度和效率低等问题。所以，设计开发一种在线实时监测钢丝绳拉力并进行状态分析的动态 测 量装 置 系统 软件很 有必 要l 1 ] 。该 次研究 采 用 L a b VI E w 虚 拟 仪 器开 发 平 台设 计 出一 套 具 有 自动记 录 、 自动 显示测 井 车钢 丝绳拉 力 ，并能 在载 荷或 速度超 过用 户设 定 的限制 时迅 速启 动报警 装置 【 2 ] 。 石油 测井 车井 上监测 系统 是 以图形 化 编程 语 言 L a b VI E w 8 ． 0为 开 发平 台 ，采 用 Mi c r o s o f t Ac c e s s 为数据库的一个系统软件 。该系统在作业期间进行实时测井控制 、数据库管理控制 、系统服务控制等 ， 以完成测井资料 的采集 、处理 、显示和记录。该系统通过专用井深张力传感器能对特车所用钢丝绳 的下 井深 度 、下井 速度 、张力 、张力梯 度进 行实 时采样 、分析 ，并且 把原始 数 据转换 成 工程值 ，最 后形 成记 录文件 ，从而准确地为石油测井车测井 、试井、修井等作业提供下井深度、钢丝绳张力等参数 ；同时， 通过实时监测 ，可及时对石油测井车测井、试井 、修井等作业过程中的遇阻、遇卡 、近井 口等情况进行 报警 ，避免人为操作带来的事故 ，做到安全生产 ；此外还可以实现对记录文件的回放，便于事后分析和 管理 。 1 系统的体系结构 石油测井车井上监测系统的设计与实现是一个以数据为中心的实时测井系统 ，在作业期间进行实时 测井控制 、数据库管理控制 、系统服务控制，以完成测井资料的采集、处理 、显示和记录。 为了实现这一 目标 ，该系统采用上位机软件开发平台，采集卡主要执行控制 、采集和通信任务。上 位 机程 序 的主要数 据 流程 图如 图 1 所 示 。 在 主体 框架 中 ，应该有 两 条主要 数据 流 一条 是从 串行端 口接收数 据并 进行 各种 处理 ，包 括数 据 的 分析、显示 、分解 、保存 、再现等功能 ；另一条数据流是由用户定义的测试参数 ，如刹车时速 、制动压 力等，对它们进行显示、封装 、保存 ，仍 由串行端 口发送出去。 [ 收稿日期]2 0 1 2 0 2 1 0 [ 作者简介]丁伟 1 9 7 7 一 ，男，1 9 9 9年大学毕业 ，硕士 ，讲师 ，现 主要从 事计算机技术及应用工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第 6期 丁伟 石油测井车井上监测 系统的设计与 实现 1 0 1 2 系统总体框架设计 石油 测 井 车 井 上 监 测 系 统 的 设 计 运 用 面 向 对 象 的 设 计 思 路 ， 采用 功 能 模 块 化 的 方 法 [ 5 ] ，其 软 件程 序 流 程 图 如 图 2所 示 。因 为 该 系统 的核 心 部 分 是 测 试 钢 丝 绳 的张 力 和 钢 丝 绳 的下 潜 深 度 ，所 以需 要 对 这 部 分 做 详 细 测 试 ，并 能 推 出其 原 理 ，便 于 工 程 人 员 根 据情 况进 行微 调 。 3 系统功能设计与实现 在 该 系 统 中 ，接 口设 计 采 用 NI 公 司 的 L a b VI E W 8 ． 0虚 拟 仪 器 开发 平 台 ，设 计 出虚拟 压 力 表 、 深 度计 、实 时速 度 计 等仪 器 面 板 ， 采 用功 能 模 块 化 的 方 法 ，将 虚 拟 的仪器 指 示 面 板 和 其 他 的 状 态 显 示命令按 钮集成 在一起 ，给用户 一 种直 观 和 全 新 的 视 觉 。 石 油 测 井 车井 上 监 测 系 统 的设 计 包 括 程 序 主接 口及 主 程 序 模 块 、井 深 测 量 模 块 、压 力 测 量 模 块 、数 据 管 理 模块 。在 该 次 研 究 中 主 要 以井 深测量 模块和数据管理 模块为例 详 细介 绍 了其实 现过程 。 1 程序 主 接 口及 主 程 序模 块 设计 该 接 口是 整 个 程 序 的 主程 序 接 口，在 这 里 ，可 以看 到 张力 、 井 深 、速度 等 各 种 数 据 的 实 时状 态 ，并 能 进 行 声 光 报 警 。 在 程 序 的 中间 部 分 是 张 力 数 据 的 实 时 图 图 1 上 位 机 程序 的 主 要数 据 流 程 图 图 2软 件 程序 流 程 图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 * 石油物探与测井 2 0 1 2年 6月 像 ，该 图像 是设 有 经 过 处 理 的 原 始 图 像 ，处 理 过 的 图像 在 后 面的单个模块中显示 。 2 井深测 量模块 的设 计 与 实现 井 深 测 量 本 质 是 长 度 角度 的测 量 ，该 模 块 位 移 一 电变换 采 用 光 电 编 码 器 ，把 井 深 变 成 电 脉 冲 ，与 光 电编 码 器 同轴相 连 的计 量 轮 把 绕 在 计 量 轮 上 的钢丝 绳长度 变成 电信 号 ， 电子线 路 实 现 计 数 、计 算 、方 向 、符 号 、加／ 减 逻辑 判别 显示 等 项 技 术 要 求 。在 该 系 统 中 ， 采用 的是 增量 式光 电编码 器_ 6 ] 。 井深 测量 模 块 流 程 图如 图 3所 图 3 井 深 测 量 模 块 流 程 图 示。对于脉冲量操作 主要通过 Wr i t e Re g i s t e r X或 Re a d R e g i s t e r X对 P C I 设 备映射寄存器的脉 冲量单元 进行 读写 实 现 。 3 数据 管理模 块 设计 与 实现① 数据管 理前 面 板程 序 。该程 序 为查 看 历 史 记 录程 序 ，该 程序 首 先 选择 历史 数据 或标 准数 据 ，然后 在此基 础上 选择 日期 ，此 时会 出现一个 该 时间段 的数 据 。其前 面板 界面 如 图 4所 示 。②磁 盘空 间管理 子 程序 。对 于硬盘 来说 ，长 时间执 行 自动监测 任务 的 系统 ，如果 长时 间记 录数据 ，有可能造成磁盘空 间不足 ，如图 4的程序 自动检查 保存数据 的磁 盘空间，当磁 盘空间不足 3 0 M 的 时候 ，会对操 作 者进行 提示 ；不 足 1 0 M 的时候 ， 自动从 最 早 的数 据记 录 文件 开 始 删 除文 件 。磁 盘 空间管 理 子程序 如 图 5所示 。 图 4数 据管理前 面板 界面 4 软件 系统的测试数据及处理 该 软件 系统研 制完 毕后 ，为 了测试 其 工作性 能 ， 和功 能 曲线 的绘制 。从 现场 测得 的各 种资 料如 图 6 、 合设 计要 求 。 图 5磁盘 空间管理 子程序 已在 河南 油 田现场 试验 完毕 ，基 本完 成井 深 的测 量 7所示 。经过 对 比现 场 测得 的数 据 和 实 际数 据 ，符 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第 6期 丁伟 石油测井车井上监测 系统 的设计 与实现 蜷 图 6 深 度一 时 间 放 大 曲线 副 本 5 结 语 0 4 0 0 8 0 0 1 2 0 0 1 6 00 20 0 0 2 40 0 2 8 00 3 2 0 0 3 60 0 4 0 00 时 间／ s 图 7张 力一 时间放大 曲线 石 油测井 车井 上监 测 系统 的设计 与实 现 ，较之 类似 的产 品有 许 多优势 ① 直接 利用 计算 机平 台 ，采 用 I a b VI E W 软件平台进行编程 ，与以往的 5 1系列 的单片机相 比，该系统 的软件编程具有执行速度快 、 代码 效 率高 、精度 高 、开发 周期 短 、可在 线 编程等 众 多优势 ；② 该 系统采 用 了多种 显示 方法 ，不 仅能 做 到井 深 、张力 、速度 、张力 梯度 的仪 表指 针式 直观 显示 ，同时 可进行 4种 测量 曲线 的实 时显 示 ，还可 利 用计 算机 的强 大 功能对 采集 的数 据进 行存 储 、处理 、回放 、打 印 ，便 于对 测量 结果 的分 析 ；③公 英制 单 位互换简便 ，方便 国内和国外使用 ；④数据的保存和传输采用了可靠的校验检验方法 ，保证 了数据的可 靠性 。 [ 参考文献] [ 1 ]许 赞 ．测井 系统软件设计 [ D]．西安 西北工业大学 ， 2 0 0 6 ． [ 2 ]李 光亚 ．基于 I a b VI E w 的模拟实验数据采集与处理系统开发 [ J ]．电子测试 ， 2 0 0 8 ， 1 1 9 2 2 ． [ 3 ]沈兰荪 ．数据采集技术 [ M]．合肥 中国科技大学 出版社 ，1 9 9 0 ． 7 2 8 9 ． [ 4 ]殷 修刚 ．数控测井简明教程 [ M]．北京 石油大学 出版社 ，1 9 9 0 ． 6 ～2 O ． ’ [ 5 ]汪康康 ．面 向对象的调度命令 票专家系统 [ D]．成都 四川大学 ，2 0 0 4 ． [ 6 ]邓方 ，陈杰 ，陈文颉 ，等 ．一种高精度的光电编码器检测 方法及其装置[ J ]．北京 理工 大学学报 ，2 0 0 7 ，2 7 1 1 2 6 2 9 ． [ 编辑] 龙舟 O O 0 O O O ∞ 的 加 ∞ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m